論文データベース

材料科学分野で、連続フロー合成したナノ粒子の特性評価にラマン分光を用いた例です。MarqMetrix All-In-One ラマンシステムで反応生成物のポリドーパミン粒子を測定し、1 mL試料をセルに入れてラマンスペクトルを取得しています。スペクトルから粒子中の官能基や構造情報を解析し、連続合成プロセスにおける重合度や炭素構造のリアルタイム評価を実現しています。従来はオフライン分析を要したポリマー粒子の性状確認を、フローリアクターに直結したラマン計測によってその場監視できることを示し、機能性ナノ材料合成プロセスの効率化と制御性向上に寄与する知見を提供しています。

化学メーカーChemours社におけるラマン活用事例の記事です。同社の分析グループは、従来機からMarqMetrix社製All-In-Oneラマン分析装置に更新し、ポリマー中のモノマー組成や不純物を定量モニタリングしています。新システムは従来の研究室用機器に比べてサイズが80%小型化され安定性も高く、装置間再現性が優れているため同一校正モデルを複数ラインで共有できる点が利点とされています。現場導入後は、試料にプローブを接触させワンタッチで再現的な測定が可能となり、装置の立ち上げから15分以内で初回測定を達成したとのことです。さらに価格も以前の高級機の半分以下で、現在は原料の受入検査から重合反応のオンライン監視、製品樹脂の品質検査に至るまで幅広く活用され、リアルタイムの組成分析による製造プロセス制御とコスト削減に貢献しています。

食肉加工副産物中のコラーゲン含量を迅速推定するため、ラマン分光を既存手法と比較した研究です。挽肉状の牛肉試料および家禽副産物試料について、MarqMetrix製ラマン装置（All-In-One）で広範囲を走査測定し、得られたスペクトルからヒドロキシプロリン含量（コラーゲン指標）をPLS回帰モデルで算出しています。ラマン法の予測精度(R²=0.94)はNIR法(R²=0.89)より高く、蛍光法よりも誤差が小さい結果が得られています。特に副産物試料ではラマンとNIR双方でRMSE≒0.11%と良好な精度を示し、生産ライン上でのコラーゲン量オンライン測定にラマン分光が適していることが示唆されました。これはハム・ソーセージ原料などの品質管理（例えば結着材としてのコラーゲン含量管理）に有用で、食品加工工程へのPAT応用が期待されます。

医薬品製造における混合均一性モニタリングへのラマン適用例です。プエルトリコ大学の研究で、粉体製剤の連続混合ラインにストリームサンプラーとラマン分光計を組み込み、低濃度有効成分の均一性をその場測定しました。MarqMetrix社製ラマン分光装置（All-In-One）を採用し、難流動性のカフェイン含有粉末（有効成分1.5–4.5% w/w）の流れから連続的にラマンスペクトルを取得しています。得られたデータでPLS校正モデルを構築し、3つの検証試料に対しカフェイン濃度を予測したところ、RMSEP 0.21%と偏差わずか0.03%という高精度で混合物中の有効成分濃度をリアルタイム推定できました。この結果は、連続生産におけるラマンPATとして混合均一性のオンライン監視が可能であることを示しており、品質保証とプロセス効率向上に貢献します。

果実内部の甘味成分を非破壊評価するためのラマン応用例です。MarqMetrix All-In-One ラマン装置と特製の広視野BallProbeを用い、リンゴ果肉内にレーザーを浸透させて深さ約8 mmまでのラマンスペクトルを取得しています。
そのスペクトルから可溶性固形物(糖度)やショ糖・果糖・ブドウ糖含量をPLS回帰で予測し、基準となる屈折計Brix値との高い相関を得ました。ラマンによる糖度推定の残差（二乗平均平方根誤差）は1未満で、NIRと同程度の精度を達成しています。店頭で半割販売される果実にも応用可能であり、本手法により鮮果の甘味を非破壊でその場評価できることが示され、等級判定や品質保証への活用が期待されます。

マウスに移植した大腸がん組織を対象に、MarqMetrix社製の携帯型 All-In-One ラマン分光装置（785 nmレーザー）とBallProbeプローブを用いて、皮膚切開下で 生体内ラマン測定 を実施しています。得られたスペクトルを深層学習で解析し、正常組織とがん組織の識別に成功しています。リアルタイムで組織中の化学組成差異を非破壊的に検出し、ラマン分光がin vivoがん診断や腫瘍評価に有用であることを示しました。

ラマン分光法と機械学習は、バイオリアクターのインライン監視において需要が高まっている一方、従来のモデリングプロセスでは学習データセットを収集するための大規模な発酵バッチが必要であり、非常に時間と労力がかかります。さらに、これらのモデルは訓練バッチと同じ条件の構成に限定されています。本研究では、標準スペクトルを訓練データセットとして組み合わせ、セル散乱の補正を簡易に行う方法を組み合わせることで、再現可能かつ適応可能なモデリング手法を提案しています。

核融合炉に関連する水素・アンモニア同位体ガスのリアルタイム検出にラマン分光を適用した研究です。マルチパス型のラマン計測により、重水素や三重水素を含む水素同位体やアンモニアをオンライン監視し、トリチウム除去・回収プロセスへの応用可能性を示した。同位体ごとに異なるラマンシフトを高速かつ非侵襲で検出できる点が優れていることが示されています。DOI: 10.1021/acs.analchem.5c01241

モデル医薬品系（カフェイン・乳糖・ステアリン酸Mg）の連続混合‐打錠工程にラマン分光を適用し、API含量や混合均一性をリアルタイム定量評価しています。部分最小二乗（PLS）モデルにより混合物中のAPI濃度を推定し、連続混合機が高い均質性を達成していることを確認し、またラマンの結果に基づきAPIフィーダーをフィードバック制御し、製剤中のAPI含量を規格内に維持することを確認しています。

酵母（Saccharomyces cerevisiae）を用いたアルコール発酵をモデルプロセスとし、インライン Raman 分光法に基づくバイオリアクターモニタリングモデルを構築。標準系と検証系の2セットでモデル構築と性能評価を実施し、プロセス中のグルコース、エタノールなど代謝物を非破壊的にリアルタイム定量管理する有効性を示しています。